液壓與氣壓傳動課程設(shè)計 (2)

1、<p>　　液壓與氣壓傳動課程設(shè)計</p><p>　　學(xué) 院 ： 機電工程學(xué)院</p><p>　　指導(dǎo)老師 ： </p><p>　　學(xué)生姓名 ： </p><p>　　班 級 ：

2、 </p><p>　　學(xué) 號 ： </p><p>　　時 間 ： 2011 . 9 . 29 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　?。ㄒ唬?、課程設(shè)計要求 -----------------

3、----------------------- （3）</p><p>　?。ǘ?、設(shè)計計算、元件選擇及驗算 ---------------------------- （3）</p><p>　　運動分析 -------------------------------------- （4）</p><p>　　負載分析 ---------

4、----------------------------- （4）</p><p>　　負載圖和速度圖的繪制 -------------------------- （5）</p><p>　　液壓缸主要參數(shù)的確定 -------------------------- （6）</p><p>　　液壓系統(tǒng)圖的擬定 ---------------

5、--------------- （8）</p><p>　　液壓元件的選擇 ----------------------------- （9）</p><p>　　液壓系統(tǒng)的性能驗算 ---------------------------- （10）</p><p>　?。ㄈ?、液壓缸的裝配圖 -----------------------

6、----------------- （11）</p><p>　?。ㄋ模㈦姎庠韴D ------------------------------------ （13）</p><p>　?。ㄎ澹?、各類閥零件圖 ---------------------------------------- （14）</p><p>　　（六）、集

7、成塊及裝配圖 ------------------------------------ （15）</p><p>　?。ㄆ撸﹤€人設(shè)計小結(jié) --------------------------------------- （21）</p><p>　　（八）個人設(shè)計說明 ---------------------------------------- （22

8、）</p><p>　　（九）參考文獻 -------------------------------------------- （22）</p><p><b>　　一、課程設(shè)計要求：</b></p><p>　　1、以小組為單位（每小組5人）按進度完成全部設(shè)計任務(wù)，設(shè)計思想，技術(shù)路線正確，計算，說明完整。</p>

9、<p><b>　　2、 設(shè)計步驟</b></p><p><b>　?。?）明確設(shè)計要求</b></p><p>　　（2）分析油缸在往復(fù)運動過程中負載、運動速度的變化，畫出系統(tǒng)工況圖</p><p>　　（3）確定執(zhí)行元件的主要參數(shù)：根據(jù)最大負載確定系統(tǒng)的工作壓力，油缸的面積，活塞及活塞桿的直徑等，

10、畫出執(zhí)行元件工況圖</p><p>　?。?）確定液壓系統(tǒng)方案及擬訂液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　?。?）選擇液壓元件：包括液壓泵、控制閥、油管（軟管、硬管）、油箱的容量等</p><p>　?。?）驗算液壓系統(tǒng)性能</p><p>　?。?）液壓集成塊設(shè)計</p><p>　　（8）繪制工作圖和編制技術(shù)文件<

11、;/p><p>　　3、設(shè)計計算說明書（技術(shù)文件）要求</p><p>　　設(shè)計計算說明書采用A4紙，5號字體，單倍行距，不少于15頁。內(nèi)容包括：</p><p><b>　?。?）設(shè)計要求</b></p><p>　?。?）設(shè)計計算、元件選擇、驗算。</p><p>　　（3）液壓系統(tǒng)原理圖一張。&

12、lt;/p><p>　　按機械制圖裝配圖要求繪制，標(biāo)出元件的序號，列出所有元件的明細表，畫出工作循環(huán)圖，電磁鐵動作順序表。</p><p>　　（4）液壓缸的裝配圖。</p><p>　　（5）非標(biāo)零件的零件圖。</p><p>　　（6）液壓集成塊零件圖。</p><p>　?。?）液壓集成塊裝配圖。</p>

13、<p>　　（8）相關(guān)的電氣控制原理圖。</p><p><b>　?。?）設(shè)計總結(jié)。</b></p><p><b>　　（10）參考文獻。</b></p><p>　　二．設(shè)計計算，元件選擇及驗算</p><p>　　課題： 一臺加工鑄鐵變速箱箱體的多軸鉆孔組合機床，動力滑臺的

14、動作順序為快速趨進工件、工進、加工結(jié)束快退、原位停止?；_移動部件的總重量為5000N，加減速時間為0.33s.采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1.快進行程為300mm，快進與快退速度相等均為3m/min.工進行程為25mm，工進速度為30-50mm/min，軸向工作負載為900N。工作性能要求運動平穩(wěn)，設(shè)計動力滑臺的液壓系統(tǒng)。</p><p><b>　　運動分析：</b>

15、</p><p>　　根據(jù)已知條件，運動部件的工作循環(huán)為快進-工進-快退-停止。工作循環(huán)圖如下所示：</p><p><b>　　圖1 工作循環(huán)圖</b></p><p>　　完成一次工作循環(huán)的速度-位移曲線如下圖所示：</p><p><b>　　圖2 速度位移圖</b></p>

16、<p><b>　　2.負載分析：</b></p><p>　　工作負載：工作負載即為工進時的軸向工作負載，本題中為900N。即工進時，F(xiàn)w=900N，而在其余的時間里，F(xiàn)w=0.</p><p><b>　　摩擦負載：</b></p><p>　　靜摩擦負載：Ffs=0.2×5000N=1000N&

17、lt;/p><p>　　動摩擦負載：Ffd=0.1×5000N=500N</p><p><b>　　慣性負載： </b></p><p><b>　　起動階段：</b></p><p>　　F=Ffs=1000N</p><p>　　加速階段（從起動到達到快進速度的過

18、程）：Fa1=m△v/△t=G△v/g△t</p><p><b>　　即為 </b></p><p>　　Fa1=5000×3/(9.8×60×0.33)=77.3N</p><p><b>　　快進階段：</b></p><p>　　F=Ffd=500N&l

19、t;/p><p>　　減速階段（由快進速度減到工進速度的過程）：Fa2=m△v/△t=G△v/g△t</p><p><b>　　即為 </b></p><p>　　Fa2=5000×（3/60-50/60/1000）/(9.8×0.33)=76N </p><p><b>　　工進階段：&

20、lt;/b></p><p>　　F=Fw+Ffd=900N+500N=1400N</p><p>　　制動階段（由工進速度到速度為零的過程）：Fa3=G△v/g△t</p><p><b>　　即為 </b></p><p>　　Fa3=5000×50/(9.8×60×1000&#

21、215;0.33)=1.29N</p><p><b>　　反向起動階段：</b></p><p>　　F=Ffs=1000N</p><p>　　反向加速階段（由停止到達到快退速度的過程）：Fa4=G△v/g△t</p><p><b>　　即為 </b></p><p&g

22、t;　　Fa4=5000×3/(9.8×60×0.33)=77.3N</p><p>　　反向制動階段（由快退速度到原位停止的過程）：</p><p>　　Fa5=Fa4=77.3N</p><p>　　由此可得出液壓缸在各工作階段的負載如下表所示：</p><p>　　(查《液壓元件手冊》得，液壓缸的機械效率一

23、般為0.9-0.95，此處選取0.9。)</p><p><b>　　表2.2.1</b></p><p>　　3.負載圖和速度圖的繪制</p><p>　　圖3 負載隨行程的變化圖</p><p>　　圖4 工作循環(huán)中各階段速度變化圖</p><p>　　4.液壓缸主要參數(shù)的確定：</p

24、><p><b>　　選擇系統(tǒng)工作壓力</b></p><p>　　根據(jù)計算，此液壓缸的負載值小于5KN，由《液壓元件手冊》第二章液壓缸的設(shè)計計算（130頁）表2-3-2（即下表）可初選液壓缸的工作壓力為0.5Mpa.</p><p>　　b.確定液壓缸的型式、規(guī)格及尺寸</p><p>　　A=F/P=1555.6/(0.

25、5×10^6)=3.1112×10^-3m ²</p><p>　　D=√（4A/π）=0.0629m=62.9mm</p><p>　　查《液壓元件手冊》表2-1-4缸筒內(nèi)徑尺寸系列（下表），取D=63mm.</p><p>　　由于快進快退速度相等，故可以得知D=√2d.所以可得d=44.5mm,按標(biāo)準(zhǔn)值取d=50mm.</p

26、><p>　　則液壓缸無桿腔面積：A1=πD ² /4=3117.25mm ² </p><p>　　有桿腔面積：A2=π（D ² -d ²）/4=1153.75mm ²</p><p>　　c.檢驗活塞桿的強度和穩(wěn)定性</p><p>　　查《液壓元件手冊》第140頁表2-3-12末端條件系數(shù)可

27、得一端固定，一端鉸接時末端系數(shù)n取2，活塞桿材料選用中碳鋼，根據(jù)下表</p><p>　　可查得材料強度實驗值fc=490Mpa,柔性系數(shù)m=85，實驗常數(shù)a=1/5000。計算求得對實心桿，活塞桿截面的回轉(zhuǎn)半徑K=d/4=12.5mm。選取活塞桿長度為800mm。因為l/k=800/12.5=64<m\√n=120，所以用戈登-蘭金公式計算：</p><p>　　可求得Fk=344

28、718N,安全系數(shù)nk一般取2-4，取n=4得Fk/nk=86179N>1555.6N，所以活塞桿滿足強度穩(wěn)定性條件。</p><p>　　d.計算液壓缸的最大流量</p><p>　　快進時，q1=(A1-A2)×v=1963.5mm ²×50mm/s=5.8905L/min；</p><p>　　工進時，q2=A1×

29、v=3117.25mm ²×50mm/min=0.1559L/min；</p><p>　　快退時，q3=A2×v=1153.75mm ²×50mm/s=3.46125L/min。</p><p><b>　　e.工況分析</b></p><p>　　快進時，進油腔壓力p=F/(A1-A2)=0

30、.2546Mpa，功率P=pq=24.995W；</p><p>　　工進時，進油腔壓力p=F/A1=0.449Mpa,功率P=pq=1.167W；</p><p>　　快退時，進油腔壓力p=F/A2=0.4334Mpa,功率P=pq=25W。</p><p>　　表2.4.1 液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率</p><p>　　5

31、.液壓系統(tǒng)原理圖的擬定</p><p>　　a.從提高系統(tǒng)效率、節(jié)約能源角度考慮，采用雙聯(lián)葉片泵作為油源，流量突變時液壓沖擊時較小，工作平穩(wěn)性較好，且雙泵可同時向液壓缸供油實現(xiàn)快速運動，有利于降低能耗，節(jié)約成本。</p><p>　　b.由工況圖可知，該系統(tǒng)在慢速時速度需要調(diào)節(jié)，而且系統(tǒng)功率較小，工作負載變化較大，所以采用換向調(diào)速回路。</p><p>　　c.由于

32、快進和工進之間速度需要換接，但對換接的位置要求不高，所以采用由行程開關(guān)發(fā)訊控制 。</p><p>　　經(jīng)過以上的分析可得出液壓系統(tǒng)原理圖擬定如下：</p><p>　　圖5 液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　電磁鐵的工作順序表如下所示：</p><p>　　表2.5.1 電磁鐵工作順序表</p><p><

33、b>　　6.液壓元件的選擇</b></p><p><b>　　a.確定液壓泵型號</b></p><p>　　液壓缸在工作循環(huán)過程中的最大工作壓力為0.449Mpa，考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，進油管路中的壓力損失，簡單系統(tǒng)可取0.2～0.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)取0.5～1.5MPa，此處取0.5MPa。壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作

34、壓力之值，取0.5MPa。則高壓小流量的最大工作壓力Pp=0.449MPa+0.5MPa+0.5MPA=1.449 MPa。</p><p>　　上述所得的壓力Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力Pn應(yīng)滿足Pn≥（1.25～1.6）Pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。此處取Pn=1.5 Pp。所以Pn

35、=1.5×1.449MPa=2.1735MPa。</p><p>　　兩個液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量值為5.89L/min，回路中的泄露按輸入流量的10℅計算，則兩個泵的總流量值為q=5.89L/min×1.1=6.479L/min。由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進時輸入液壓缸的流量為0.156L/min，由小流量液壓泵單獨供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少為3.156L/m

36、in。</p><p>　　根據(jù)以上的功率和流量，查閱《機械設(shè)計手冊》，可選用YB1-3/6型雙聯(lián)葉片泵。其額定壓力為6.3MPa，轉(zhuǎn)速為960r/min，容積效率0.9，總效率0.85。所以驅(qū)動該泵的電動機的功率可由泵的工作壓力和輸出流量來決定。</p><p>　　液壓閥以及輔助元件的選擇</p><p>　　根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，按通過各元件的最大流量來

37、選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如下液壓元件明細表所示。</p><p>　　表2.6.1 液壓元件明細表</p><p>　?。?）.確定管道尺寸</p><p>　　油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進行計算。由管道內(nèi)徑公式，其中q=5.9L/min，v=2m/s，由此求得內(nèi)徑d=7.9mm。由《液壓元件手冊》510頁表6-

38、4-1可查得出油口采用通徑10mm，鋼管外徑14mm的紫銅管。</p><p>　?。?）.油箱容積的確定</p><p>　　液壓油箱有效容積按泵的流量的3～7倍來確定，故可選用容量為100L的油箱。</p><p>　　7.液壓系統(tǒng)性能驗算</p><p><b>　　(1).壓力損失</b></p>

39、<p>　　a.工進時進油路的壓力損失</p><p>　　工進時主要壓力損失為調(diào)速閥兩端的壓降，此時功率損失最大，而在快進，快退時系統(tǒng)工作壓力很低，故可不驗算。因而必須以工進為依據(jù)來計算卸荷閥的調(diào)定壓力。</p><p>　　運動部件工進時的最大速度為50mm/min，最大流量為0.16L/min，則液壓油在進油管內(nèi)流速為</p><p>　　V1=q1

40、/A=3.4cm/s</p><p>　　管道內(nèi)液流的雷諾數(shù)為Re=vd/ν，采用N32液壓油，室溫為20℃時，液體的運動粘度ν =0.0001m²/s，由此可得</p><p>　　Re=340×10/100=34</p><p>　　已知光滑的金屬圓管的臨界雷諾數(shù)為2000-2300，很顯然，Re=34＜2300，液壓油在管道中為層流。計算層

41、流中的沿程壓力損失公式為</p><p><b>　　ΔPf=λ</b></p><p>　　其中，λ稱為沿程阻力系數(shù)，液壓油在金屬圓管中作層流流動時，常取λ=75/Re=2.2。若取進出口油管長度約為2m,油液的密度ρ=890kg/m3 由此可得液壓油在進油路上的沿程壓力損失為</p><p>　　ΔPf1=2.2×2×

42、890×0.034 ²/(0.01×2)=0.0023MPa</p><p>　　查得三位四通電磁換向閥4WE6E50-50/BW110RN的壓力損失△P1=0.05MPa，忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進油路總壓力損失△P為</p><p>　　ΔP進=ΔPf+ΔP1=0.0523MPa</p><p>　　b.工進

43、時回油路的壓力損失</p><p>　　由于選用單活塞桿液壓缸，則回油管道的流量為q2=0.06L/min，液壓油在出油管內(nèi)流速為</p><p>　　V2=q2/A=1.3cm/s</p><p>　　同理，可得出油管道內(nèi)液流的雷諾數(shù)為Re=130×10/100=13，沿程阻力系數(shù)λ=5.8，回油管道上的沿程壓力損失為</p><p&

44、gt;　　ΔPf2=λ </p><p><b>　　即 </b></p><p>　　ΔPf2=5.8×2×890×0.013²/(0.01×2)=0.0009MPa</p><p>　　查閱資料可以得二位二通電磁換向閥WE6A50-50/AW220-50Z4的壓力損失為Δ

45、P2=0.025MPa，三位四通電磁換向閥4WE6E50-50/BW110RN的壓力損失由上可知為ΔP1=0.05MPa，所以回油路總的壓力損失為</p><p>　　ΔP回=ΔPf2+ΔP1+ΔP2</p><p><b>　　代入即得</b></p><p>　　ΔPf回=0.0009MPa+0.05MPa+0.025MPa=0.076MP

46、a</p><p>　　c.變量泵出口處的壓力Pp</p><p>　　Pp=（F/η+A2×ΔP進）/A1+ΔP進</p><p><b>　　代入可得</b></p><p>　　Pp=(1400/0.9+1153.75×0.0523)/3117.25+0.0523=0.57MPa</p&g

47、t;<p>　　(2).系統(tǒng)溫升驗算</p><p>　　因為在整個工作循環(huán)中，工進階段所占的時間最長，近似為快進、快退階段所占時間的5倍，所以計算時可以主要考慮工作階段時的發(fā)熱量。一般情況下，工進速度大時發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不同時，效率相差比較大，所以分別計算最大、最小的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值大者進行分析。</p><p>　　工進速度v=30mm/mi

48、n時，</p><p>　　q=A1×v=3117.25×30/10^6=0.094L/min</p><p>　　此時泵的效率為0.06，泵的出口壓力為0.57MPa,則有</p><p>　　P輸入=0.57×0.094/(60×0.06)=0.015KW</p><p>　　P輸出=F×

49、v=1400×30/60×10^-3=0.7W</p><p><b>　　此時的功率損失</b></p><p>　　ΔP=P輸入-P輸出=0.0143KW</p><p>　　工進速度v=50mm/min時，</p><p>　　Q=A1×v=3117.25×50/10^6=0

50、.156L/min</p><p>　　此時泵的效率為0.1，泵的出口壓力0.57MPa，則有</p><p>　　P輸入=0.57×0.156/(60×0.1)=0.0148KW</p><p>　　P輸出=F×v=1400×50/60×10^-3=0.0012KW</p><p><

51、b>　　此時的功率損失為</b></p><p>　　ΔP=P輸入-P輸出=0.0136KW</p><p>　　由此可見，工進速度低時，發(fā)熱量大。</p><p>　　假定系統(tǒng)的散熱狀況一般取K=10×10-3kW/(m2. ℃)，只考慮油箱的散熱，其中油箱散熱面積A按式估算：</p><p><b>

52、　　A=0.065</b></p><p>　　其中V是油箱有效容積，此處V=100L,所以油箱的散熱面積A=1.4m ²。</p><p>　　系統(tǒng)的溫升為 </p><p>　　Δt = ΔP/(K×A) =1.02℃</p><p>　　查閱資料得知，對于一般機械，允許溫升25-30℃，數(shù)控機

53、床油液溫升應(yīng)該小于25℃，工程機械等允許的溫升為35-40℃。驗算結(jié)果表明，該系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)，不必采取其他的冷卻裝置。</p><p><b>　　三、液壓缸的裝配圖</b></p><p>　　圖6 液壓缸裝配圖</p><p><b>　　表3.1</b></p><p><b

54、>　　四、電器原理圖</b></p><p><b>　　電氣控制原理圖</b></p><p><b>　　動作分析：</b></p><p>　?。?）夾緊.打開總開關(guān)QS(QS起保護作用)，K1，電動機工作，導(dǎo)致液壓泵運動，夾緊缸夾緊，當(dāng)夾緊后，油管壓力增大，壓力繼電器開啟。</p>

55、<p>　?。?）快進.當(dāng)壓力繼電器開關(guān)閉合，KM1,KM2,SQ1為常閉開關(guān)，所以電流通過KA1,KA3接觸器，導(dǎo)致KA1,KA3閉合，電流通過接觸器YA1,YA3.使換向閥4，5動作，液壓缸快進。</p><p>　?。?）快進――工進。液壓桿運動，經(jīng)過行程開關(guān)SQ3,由于SQ3所在電路為開路，所以沒反應(yīng)，當(dāng)液壓桿經(jīng)過SQ1時，SQ1斷開，電流只經(jīng)過接觸器KA1,所以，開關(guān)KA1閉合，接觸器YA1通

56、電流，換向閥4動作，液壓缸工進。</p><p>　?。?）工進――快退。液壓桿繼續(xù)前進，經(jīng)過行程開關(guān)SQ2,SQ2閉合，電流通過接觸器KM1,KM2,KA2.接觸器開關(guān)KM1,KM2斷開，使電流只經(jīng)過接觸器KA2,使開關(guān)KA2閉合，電流通過YA2,使開關(guān)YA2閉合，換向閥4動作，液壓缸快退。</p><p>　?。?）保持快退。當(dāng)液壓桿離開SQ2時，由于開關(guān)KM1以閉合了，所以，液壓缸仍

57、保持快退，</p><p>　　當(dāng)液壓桿離開SQ1時，由于接觸器KM2接通，開關(guān)KM2斷開，電流流向不變，所以仍然是快退狀態(tài)。</p><p>　?。?）快退――松開。當(dāng)液壓桿經(jīng)過SQ3，開關(guān)SQ3開啟，KM3開路，開關(guān)KM3閉合，電流通過接觸器KA4,KM4,使換向閥4工作，夾緊缸松開，同時開關(guān)KM4閉合，即使松開時壓力減小，壓力繼電器開關(guān)斷開也能繼續(xù)松開。</p><

58、;p>　　（7）停止。當(dāng)一周期結(jié)束，斷開K1和QS。</p><p>　　五、 各類閥零件圖及其它元件</p><p>　　圖7 YB1-3/6型雙聯(lián)葉片泵</p><p>　　圖8 SV-10型單向閥</p><p>　　圖9 DBW-10型先導(dǎo)式溢流閥</p><p>　　圖10 4WE6E5

59、0-50/BW110RN型三位四通電磁換向閥</p><p>　　圖11 WE6A50-50/AW220-50Z4型兩位兩通電磁換向閥</p><p>　　圖12 DBV-10型溢流閥</p><p>　　圖13 DRVP8S3-10型節(jié)流閥</p><p>　　六、液壓集成塊及裝配圖</p><p>　　

60、圖14 液壓集成塊</p><p>　　圖15 集成塊管路圖</p><p>　　圖16 集成塊六視圖</p><p><b>　　圖17 主視圖</b></p><p><b>　　圖18 俯視圖</b></p><p><b>　　圖19

61、 左視圖</b></p><p><b>　　圖20 右視圖</b></p><p><b>　　圖21 仰視圖</b></p><p><b>　　圖22 裝配圖</b></p><p><b>　　七、個人設(shè)計說明</b><

62、;/p><p>　　此次課程實踐，我們組內(nèi)共有四人，、楊強任組長，組員有張祚喆、王琛、王雨桐。先期的計算以張祚喆為主，各組員協(xié)助完成，隨后組長楊強對后面工作進行細致分工，由王雨桐負責(zé)電氣原理圖的設(shè)計和繪制及各種運動特性曲線的繪制，由楊強負責(zé)各類閥零件圖、集成塊及裝配圖，由王琛負責(zé)繪制液壓系統(tǒng)原理圖、液壓缸裝配圖及速度負載曲線。最后由組長楊強統(tǒng)稿完成報告。</p><p><b>　　

63、八．設(shè)計小結(jié)。</b></p><p><b>　　九、參考文獻</b></p><p>　　1.《液壓與氣壓傳動》教材</p><p>　　2.《機械零件設(shè)計手冊》（液壓與氣動部分） 冶金出版社</p><p>　　3.《組合機床設(shè)計》（液壓傳動部分） 機械出版社</p>